EP0852289A1 - Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne et moteur correspondant - Google Patents

Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne et moteur correspondant Download PDF

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EP0852289A1
EP0852289A1 EP97403138A EP97403138A EP0852289A1 EP 0852289 A1 EP0852289 A1 EP 0852289A1 EP 97403138 A EP97403138 A EP 97403138A EP 97403138 A EP97403138 A EP 97403138A EP 0852289 A1 EP0852289 A1 EP 0852289A1
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catalyst
cylinders
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fuel
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Pierrick Cornet
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Renault SAS
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for managing a internal combustion multi-cylinder engine and one such engine.
  • a petrol engine is powered in fuel at stoichiometry, that is to say that we inject a quantity of fuel corresponding precisely to the quantity of oxygen introduced during the admission of air into the cylinder. All fuel is oxidized and the amount of nitrogen oxides produced during combustion remains low.
  • the catalyst that we has at the engine outlet to receive exhaust gases works satisfactorily at stoichiometry to clean up exhaust gases from nitrogen oxides, carbon monoxide and unburnt carbohydrates.
  • the object of the present invention is to remedy the disadvantages of the processes mentioned above by proposing a process management of an engine with low fuel consumption while remaining little polluting.
  • the present invention also aims to provide a management process and an engine that combines low pollution of motors with stoichiometric mixture and low consumption of lean mixture engines.
  • the process for managing a multi-cylinder engine with internal combustion comprises the following stages: when the engine is loaded, all cylinders are supplied at the stoichiometry and when the engine is lightly loaded, we no longer supplies fuel to at least one cylinder, all others cylinders being fed at stoichiometry, so as to decrease the apparent richness of engine power. So when the engine is weakly charged the non-powered cylinders see only pass air which does not cause fuel consumption or pollution and the supplied cylinders pollute little thanks to the mixture stoichiometric. For example, if we cut two cylinders from a four-cylinder engine we will operate at an apparent richness of 0.5.
  • the gases of combustion of cylinders fed to stoichiometry are sent to a first catalyst and the gases from the cylinder (s) not fueled are sent to a second catalyst.
  • the second catalyst will operate when all cylinders are powered by stoichiometry, the engine being loaded.
  • the second catalyst is maintained in temperature by an external heating means, for example by the heat given off by the first catalyst. This maintains the second catalyst ready for operation as soon as all cylinders will be fed to stoichiometry.
  • the end cylinders are fed to the stoichiometry and the central cylinders are no longer supplied with fuel.
  • the internal combustion multi-cylinder engine comprises a computer for controlling the injection of fuel, at least one probe arranged at the outlet of the cylinders and a means of catalysis of combustion gases.
  • the calculator is provided means for cutting off the fuel supply of at least one cylinder, the engine operating at low load.
  • the motor includes a first catalyst connected to the cylinders supplied to the stoichiometry and a second catalyst connected to the susceptible cylinder to no longer be supplied with fuel, a ⁇ probe being arranged at the inlet of each catalyst.
  • the ⁇ probe is connected to the control to adjust the fuel injection.
  • the two catalysts are adjacent and provided with a common envelope, so that the first catalyst heats the second catalyst.
  • the two catalysts are concentric, the the second catalyst being disposed inside the first catalyst.
  • the second catalyst remains at temperature even when it is crossed by cold air coming from the cylinder (s) not fueled.
  • the second catalyst remains ready to operate as soon as the corresponding cylinder or cylinders are again fueled.
  • the motor includes four cylinders, two of which may no longer be fueled.
  • the motor 1 is of the type with four in-line cylinders identified by the letters A, B, C and D.
  • the cylinders A and D arranged at the ends of the engine 1 are provided respectively an exhaust gas outlet pipe 2 and 3.
  • Tubing 2 and 3 are connected to a common tubing 4 which leads to a catalyst 5.
  • Catalyst 5 is provided with a outlet pipe 6.
  • the cylinders B and C arranged in the center of the engine 1 are respectively provided with outlet of exhaust gases 7 and 8 which connect into a pipe common 9.
  • the common tubing 9 opens into a catalyst 10 provided with an outlet pipe 11.
  • the outlet pipes 6 and 11 of the catalysts 5 and 10 then lead to means not shown, such as an exhaust.
  • Catalyst 10a need to be at a relatively high temperature for a satisfactory operation.
  • a heating means is therefore provided external of the catalyst 10.
  • provision may be made to heat the catalyst 10 by an electrical resistance. It is even more advantageous to combine catalysts 5 and 10 in the same envelopes so that the heat given off by the catalyst 5 which works permanently to maintain the temperature of the catalyst 10 which operates intermittently.
  • the catalyst 10 has the shape of a cylinder around which the catalyst 5. Catalysts 5 and 10 remain supplied with gas exhaust separately by their respective pipes 4 and 9. The outlet of catalysts 5 and 10 is in communication with a common tubing 12. The direction of gas flow is represented by the arrows.
  • the motor 1 When the motor 1 is heavily stressed, the operation of catalysts 5 and 10 is carried out like that of a unique catalyst.
  • the catalyst 10 sees only relatively cold air passing but is maintained at temperature by the heat released in the catalyst 5. At the next acceleration when the two cylinders B and C of the engine 1 will be powered again and send their exhaust gases in catalyst 10, it will immediately be able to clean up these exhaust gases.

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Abstract

Procédé de gestion d'un moteur et moteur 1 multicylindres à combustion interne comprenant un calculateur de contrôle de l'injection de carburant, au moins une sonde disposée en sortie des cylindres et un moyen de catalyse des gaz de combustion. Le calculateur est pourvu d'un moyen pour couper l'alimentation en carburant d'au moins un cylindre B, C, le moteur 1 fonctionnant à faible charge. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur multicylindres à combustion interne et un moteur de ce type.
De façon conventionnelle, un moteur à essence est alimenté en carburant à la stoechiométrie, c'est-à-dire que l'on injecte une quantité de carburant correspondant précisément à la quantité d'oxygène introduite lors de l'admission d'air dans le cylindre. L'ensemble du carburant est oxydé et la quantité d'oxydes d'azote produite lors de la combustion reste faible. Le catalyseur que l'on dispose en sortie du moteur pour recevoir les gaz d'échappement fonctionne de façon satisfaisante à la stoechiométrie pour dépolluer les gaz d'échappement des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone et d'hydrates de carbone imbrûlés.
Si l'on introduit une quantité de carburant supérieure à celle que peut oxyder l'air introduit dans le cylindre, on fonctionne à une richesse supérieure à 1 et l'efficacité du catalyseur chute fortement en ce qui concerne la dépollution du monoxyde de carbone et des hydrates de carbone imbrûlés. Dans l'autre sens, si l'on introduit dans le cylindre moins de carburant que ne peut en oxyder l'air introduit, on fonctionne à une richesse inférieure à 1. Le mélange devient très oxydant et provoque l'augmentation du taux d'oxydes d'azote. Le catalyseur ne parvient plus alors à réduire les oxydes d'azote.
Toutefois, on cherche à réduire de façon générale la consommation des moteurs à essence. Un moyen consiste en la dilution du mélange par de l'air, c'est-à-dire un fonctionnement à richesse inférieure à 1. L'admission d'air est contrôlée par un papillon qui est disposé dans une tubulure d'admission d'air en amont des soupapes d'admission dans le cylindre. Pour un même couple moteur, si l'on ouvre plus le papillon, on diminue les pertes par pompage de l'air qui se produisent lorsque la descente du piston dans le cylindre aspire l'air de la tubulure d'admission d'air. Par conséquent on augmente le rendement. Le moteur fonctionne en excès d'air également appelé mélange pauvre qui pose le problème de réduction des oxydes d'azote.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des procédés évoqués ci-dessus en proposant un procédé de gestion d'un moteur à faible consommation de carburant tout en restant peu polluant.
La présente invention a également pour objet de proposer un procédé de gestion et un moteur qui combine la faible pollution des moteurs à mélange stoechiométrique et la faible consommation des moteurs à mélange pauvre.
Le procédé de gestion d'un moteur multicylindres à combustion interne, selon l'invention, comprend les étapes suivantes: lorsque le moteur est chargé, on alimente tous les cylindres à la stoechiométrie et lorsque le moteur est faiblement chargé, on n'alimente plus en carburant au moins un cylindre, tous les autres cylindres étant alimentés à la stoechiométrie, de façon à diminuer la richesse apparente d'alimentation du moteur. Ainsi, lorsque le moteur est faiblement chargé les cylindres non alimentés ne voient passer que de l'air ce qui ne provoque ni consommation de carburant ni pollution et les cylindres alimentés polluent peu grâce au mélange stoechiométrique. Par exemple, si l'on coupe deux cylindres d'un moteur à quatre cylindres on fonctionnera à une richesse apparente de 0,5.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les gaz de combustion des cylindres alimentés à la stoechiométrie sont envoyés vers un premier catalyseur et les gaz issus du ou des cylindres non alimentés en carburant sont envoyés vers un deuxième catalyseur. Le deuxième catalyseur fonctionnera lorsque tous les cylindres seront alimentés à la stoechiométrie, le moteur étant chargé.
Avantageusement, le deuxième catalyseur est maintenu en température par un moyen de chauffage externe, par exemple par la chaleur dégagée par le premier catalyseur. On maintient ainsi le deuxième catalyseur prêt à fonctionner dès que tous les cylindres seront alimentés à la stoechiométrie.
Dans un mode de réalisation de l'invention, sur un moteur à quatre cylindres en ligne, les cylindres d'extrémité sont alimentés à la stoechiométrie et les cylindres centraux ne sont plus alimentés en carburant.
Le moteur multicylindres à combustion interne, selon l'invention, comprend un calculateur de contrôle de l'injection de carburant, au moins une sonde disposée en sortie des cylindres et un moyen de catalyse des gaz de combustion. Le calculateur est pourvu d'un moyen pour couper l'alimentation en carburant d'au moins un cylindre, le moteur fonctionnant à faible charge.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moteur comprend un premier catalyseur relié aux cylindres alimentés à la stoechiométrie et un deuxième catalyseur relié au cylindre susceptible de ne plus être alimenté en carburant, une sonde λ étant disposée à l'entrée de chaque catalyseur. La sonde λ est reliée au calculateur de contrôle pour ajuster l'injection de carburant.
Avantageusement, les deux catalyseurs sont adjacents et pourvus d'une enveloppe commune, de façon que le premier catalyseur réchauffe le deuxième catalyseur.
De préférence, les deux catalyseurs sont concentriques, le deuxième catalyseur étant disposé à l'intérieur du premier catalyseur. Ainsi le deuxième catalyseur reste en température même lorsqu'il est traversé par de l'air froid en provenance du ou des cylindres non alimentés en carburant. Le deuxième catalyseur reste prêt à fonctionner dès que le ou les cylindres correspondants seront de nouveau alimentés en carburant.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moteur comprend quatre cylindres dont deux sont susceptibles de ne plus être alimentés en carburant.
L'équilibrage mécanique du moteur reste identique quelle que soit son alimentation. En effet, les pistons des cylindres non alimentés en carburant ont le même mouvement que les autres pistons et le moteur n'a pas besoin d'être équilibré sur deux cylindres.
Grâce à l'invention, on obtient un gain de la consommation de carburant de l'ordre de 15% tout en maintenant une dépollution satisfaisante.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique montrant la disposition du moteur et des deux catalyseurs; et
  • la figure 2 est une vue schématique montrant un dispositif à deux catalyseurs concentriques.
    • Comme on peut le voir sur la figure 1, le moteur 1 est du type à quatre cylindres en ligne repérés par les lettres A, B, C et D. Les cylindres A et D disposés aux extrémités du moteur 1 sont pourvus respectivement d'une tubulure de sortie des gaz d'échappement 2 et 3. Les tubulures 2 et 3 se raccordent en une tubulure commune 4 laquelle débouche sur un catalyseur 5. Le catalyseur 5 est pourvu d'une tubulure de sortie 6. De la même façon, les cylindres B et C disposés au centre du moteur 1 sont pourvus respectivement de tubulures de sortie des gaz d'échappement 7 et 8 qui se raccordent en une tubulure commune 9. La tubulure commune 9 débouche dans un catalyseur 10 pourvu d'une tubulure de sortie 11. Les tubulures de sortie 6 et 11 des catalyseurs 5 et 10 débouchent ensuite sur des moyens non représentés, tels qu'un pot d'échappement.
    Lorsque le moteur 1 est fortement sollicité, les quatre cylindres A, B, C et D sont alimentés à la stoechiométrie c'est-à-dire à la richesse 1. La consommation de carburant est normale et la dépollution est effectuée de façon satisfaisante par les deux catalyseurs 5 et 10. Lorsque le moteur 1 est faiblement sollicité, les cylindres A et D sont toujours alimentés à la stoechiométrie. Leur gaz d'échappement passant par les tubulures 2 et 3 puis par la tubulure 4 traversent le catalyseur 5 qui fonctionne de la même façon que précédemment en effectuant une dépollution satisfaisante. Les deux cylindres B et C ne sont plus alimentés en carburant et ne brassent que de l'air. L'air brassé passe ensuite dans les tubulures 7 et 8 puis dans la tubulure 9 et dans le catalyseur 10. Cet air n'étant pas pollué, le catalyseur 10 ne fonctionne pas. En considérant le moteur 1 globalement, on constate qu'il est alimenté avec une richesse apparente de l'ordre de 0,5 et que sa dépollution est satisfaisante.
    Toutefois, un problème peut se poser avec le catalyseur 10 qui alternativement verra passer de l'air brassé relativement froid lorsque le moteur est faiblement sollicité et des gaz d'échappement chauds lorsque le moteur est fortement sollicité. Le catalyseur 10 a besoin d'être à une température relativement élevée pour un fonctionnement satisfaisant. Lorsque l'on passe d'un régime de faible sollicitation à un régime de forte sollicitation du moteur 1, le catalyseur 10 ne sera pas en mesure immédiatement d'effectuer une dépollution satisfaisante. On prévoit donc un moyen de chauffage externe du catalyseur 10. Par exemple, on peut prévoir de chauffer le catalyseur 10 par une résistance électrique. Il est encore plus avantageux de regrouper les catalyseurs 5 et 10 dans une même enveloppe de façon que la chaleur dégagée par le catalyseur 5 qui fonctionne de façon permanente serve au maintien en température du catalyseur 10 qui fonctionne de façon intermittente.
    Une telle réalisation est illustrée sur la figure 2. Le catalyseur 10 a la forme d'un cylindre autour duquel est disposé le catalyseur 5. Les catalyseurs 5 et 10 restent alimentés en gaz d'échappement de façon séparée par leurs tubulures respectives 4 et 9. La sortie des catalyseurs 5 et 10 est en communication avec une tubulure commune 12. Le sens d'écoulement des gaz est représenté par les flèches. Lorsque le moteur 1 est fortement sollicité, le fonctionnement des catalyseurs 5 et 10 s'effectue comme celui d'un catalyseur unique. Lorsque le moteur 1 est faiblement sollicité, le catalyseur 10 ne voit passer que de l'air relativement froid mais est maintenu en température par la chaleur dégagée dans le catalyseur 5. A l'accélération suivante lorsque les deux cylindres B et C du moteur 1 seront de nouveau alimentés et enverront leurs gaz d'échappement dans le catalyseur 10, celui-ci sera immédiatement en mesure de dépolluer ces gaz d'échappement.
    Pour permettre à un calculateur, non représenté, de contrôle de l'injection du moteur 1 d'injecter une quantité adéquate de carburant dans chaque cylindre ou dans chaque paire de cylindres A et D, B et C, on prévoit de disposer deux sondes λ, 13 et 14 respectivement dans les deux tubulures 4 et 9. Le calculateur sera ainsi en mesure d'ajuster la richesse du mélange de façon optimale dans chaque paire de cylindres A et D, et B et C.
    Lorsque le moteur 1 est froid, pendant quelques minutes après son démarrage, on peut prévoir que le calculateur commande l'alimentation des quatre cylindres A, B, C et D, même en cas de faible sollicitation, de façon à permettre une montée en température régulière du moteur 1 et un allumage régulier. Dans une variante on pourra n'autoriser le fonctionnement sur deux cylindres qu'à partir du moment où l'eau de refroidissement du moteur a atteint une température donnée. Dans une autre variante le calculateur n'autorisera le fonctionnement sur deux cylindres qu'après une durée de fonctionnement donnée.
    Grâce à l'invention on parvient à concilier le gain en consommation et la dépollution avec un fonctionnement apparent en mélange pauvre pour des moteurs à essence à injection multipoints ou à injection directe.

    Claims (10)

    1. Procédé de gestion d'un moteur multicylindres à combustion interne, caractérisé par le fait que :
      lorsque le moteur est chargé, tous les cylindres sont alimentés à la stoechiométrie,
      lorsque le moteur est faiblement chargé, au moins un cylindre n'est plus alimenté en carburant, tous les autres cylindres étant alimentés à la stoechiométrie, de façon à diminuer la richesse apparente d'alimentation du moteur.
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les gaz de combustion des cylindres alimentés à la stoechiométrie sont envoyés vers un premier catalyseur et que les gaz issus du ou des cylindres non alimentés en carburant sont envoyés vers un deuxième catalyseur.
    3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième catalyseur est maintenu en température par un moyen de chauffage externe.
    4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le deuxième catalyseur est maintenu en température par la chaleur dégagée par le premier catalyseur.
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, sur un moteur à quatre cylindres en ligne, les cylindres d'extrémité sont alimentés à la stoechiométrie et les cylindres centraux ne sont plus alimentés en carburant.
    6. Moteur multicylindres à combustion interne (1) comprenant un calculateur de contrôle de l'injection de carburant, au moins une sonde (13, 14) disposée en sortie des cylindres (A, B, C, D) et un moyen de catalyse (5, 10) des gaz de combustion, caractérisé par le fait que le calculateur est pourvu d'un moyen pour couper l'alimentation en carburant d'au moins un cylindre (B, C), le moteur fonctionnant à faible charge.
    7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier catalyseur (5) relié aux cylindres (A, D) alimentés à la stoechiométrie et un deuxième catalyseur (10) relié au cylindre (B, C) susceptible de ne plus être alimenté en carburant, une sonde λ (13, 14) étant disposée à l'entrée de chaque catalyseur (5, 10).
    8. Moteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les deux catalyseurs sont adjacents et pourvus d'une enveloppe commune, de façon que le premier catalyseur (5) réchauffe le deuxième catalyseur (10).
    9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les deux catalyseurs sont concentriques, le deuxième catalyseur (10) étant disposé à l'intérieur du premier catalyseur (5).
    10. Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend quatre cylindres (A, B, C, D) dont deux (B, C) sont susceptibles de ne plus être alimentés en carburant.
    EP97403138A 1997-01-06 1997-12-23 Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne et moteur correspondant Withdrawn EP0852289A1 (fr)

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